FÍSICA

1 BATXILLERAT

UNITAT 8

IMATGES

Moviment ondulatori

El moviment ondulatori és el moviment en el qual no hi ha un transport net de matèria,

sinó només de quantitat de moviment i d’energia.

La quantitat de moviment i l’energia d’un moviment ondulatori es transmeten mitjançant

ones de propagació, i el conjunt de partícules del medi material on s’origina la

pertorbació s’anomena focus emissor d’ones.

Generació d’ones a la superfície d’un líquid

Exemples de moviments ondulatoris:

El so (ona mecànica) Necessita un medi per propagar-se.

La llum (ona electromagnètica) No necessita cap medi per transmetre’s.

Característiques generals de les ones (I)

Velocitat de fase (v)

Velocitat amb què es transmet la

pertorbació des del focus fins a un punt

determinat del medi.

Front d’ona

Conjunt de punts del medi als quals arriba

la pertorbació en un instant de temps

determinat.

Raig

Qualsevol línia recta que sigui perpendicular

a un front d’ona determinat. Els diferents

raigs corresponen a diferents direccions de

propagació de l’ona.

Ones tridimensionals en les quals

es representen diversos fronts d’ona i raigs

Característiques generals de les ones (II)

Amplitud (A)

Distància que hi ha entre

la posició màxima (o

mínima) d’una partícula

del medi i la seva posició

d’equilibri.

Es mesura en metres (m).

Període (T)

Temps que tarda una

partícula del medi o el

camp electromagnètic en

fer una oscil·lació

completa.

Es mesura en segons (s).

Freqüència (f)

Nombre d’oscil·lacions

que es verifiquen en un

segon:

f = 1/T

Es mesura en hertzs (Hz).

Longitud d’ona (λ)

Distància que hi ha entre dos punts

consecutius que es troben en el mateix estat

d’oscil·lació en un instant de temps

determinat.

Es mesura en metres (m).

Principi de Huygens

Principi de Huygens: els punts que formen un front d’ona es comporten com a nous

focus emissors d’ones, les quals es propaguen en totes direccions amb la mateixa

velocitat de fase i originen el front d’ona següent.

Medi homogeni: Medi no homogeni:

Construcció de Huygens en

el cas d’ones planes

Construcció de Huygens en

el cas d’ones esfèriques Construcció de de Huygens:

transmissió d’una ona

Difracció

La difracció consisteix en la distorsió que pateix una ona

quan arriba a un obstacle que n’impedeix la transmissió i que

té unes dimensions comparables a la longitud d’ona.

Situacions

de difracció

λ < d: l’ona no es difracta de manera

apreciable.

λ ≥ d: l’ona canvia la seva direcció de

propagació i es difracta.

Interferències (I)

Principi de superposició: la

funció d’ona resultant y és la suma

algebraica de les dues funcions

d’ona que interfereixen.

En les ones coherents existeixen dos focus puntuals que emeten ones de la

mateixa freqüència i la mateixa amplitud de manera que el desfasament entre les

fonts es manté constant.

Interferència de dues ones coherents

Interferències (II)

Interferències

Constructiva: coincideixen dues crestes o dues valls.

Destructiva: coincideixen una cresta i una vall.

Parcialment constructiva: la resta de punts.

Interferència de

dues fonts coherents

Línies contínues: crestes.

Línies discontínues: valls.

B, C i D: interferències constructives.

A i E: interferències destructives.

F: interferència parcialment constructiva.

Interferència d’una ona plana que

incideix sobre una paret amb dues

escletxes

Caràcter ondulatori de la llum

Dispositiu experimental ideat per Young per

demostrar el caràcter ondulatori de la llum

Experiment de Young amb llum

monocromàtica que permet

mesurar la longitud d’ona

Longituds d’ona i freqüències dels

diferents colors de l’espectre visible

Les lleis de Maxwell

Segons Maxwell, una ona

electromagnètica consisteix en

l’oscil·lació d’un camp elèctric E i d’un

camp magnètic B perpendiculars; aquests

camps són perpendiculars a la direcció de

propagació de l’oscil·lació, la qual es

transmet a la velocitat de la llum c.

Demostració experimental de la hipòtesi

de Maxwell (Heinrich Hertz):

Espectre electromagnètic

El conjunt de totes les ones

electromagnètiques s’anomena

espectre electromagnètic.

Propietats ondulatòries de la llum (I)

En la reflexió, l’ona incident canvia la seva direcció de propagació quan arriba a la

superfície de separació dels dos medis, però continua movent-se en el mateix medi i

dóna lloc a l’ona reflectida.

La refracció consisteix en una variació tant de la direcció de propagació de l’ona com

del seu medi de transmissió.

αi: angle d’incidència .

αr: angle de reflexió.

α’r: angle de refracció.

Propietats ondulatòries de la llum (II)

Lleis que relacionen els angles d’incidència, reflexió i refracció

Les direccions d’incidència, reflexió i refracció

estan en un mateix pla, que és normal a la

superfície de separació i que conté, per tant,

la direcció normal a aquesta superfície.

Llei de la reflexió:

Llei de la refracció o de Snell:

n = índex de refracció.

Refracció de la llum. Angle límit

L’angle límit (αiL) és l’angle d’incidència pel qual l’angle de refracció és de 90°.

Una aplicació d’aquest concepte la trobem en la fibra òptica.

Exemples de refracció de la llum:

Raig refractat en passar d’un medi

més dens a un altre de menys dens

(vidre-aire).

Reflexió total del raig incident: Angle límit:

Polarització de la llum

Els polaritzadors de la llum són substàncies que tenen la propietat de ser travessades

només per raigs de llum amb un pla d’oscil·lació del camp elèctric determinat i que

absorbeixen la resta de raig.

Un polaritzador: absorbeix totes aquelles

ones que vibren en un pla diferent al pla de

polarització i deixa passar només l’ona que

vibra en aquest pla.

Exemples:

Dos polaritzadors col·locats amb les

direccions de polarització perpendiculars

no deixen passar cap raig de llum.

Difusió

La difusió és el fenomen segons el qual

la radiació electromagnètica és

parcialment absorbida pels àtoms del

medi i, posteriorment, reemesa en totes

direccions.

Exemple:

El fenomen de la difusió fa que el cel es vegi de color blau:

Els miralls (I)

Un mirall és un sistema òptic constituït per una superfície polida i llisa que és molt

reflectora, és a dir, que reflecteix pràcticament tots els raigs de llum que hi incideixen i

que dóna imatges clares dels objectes.

Mirall pla Mirall esfèric

Imatge formada per un mirall pla

Mirall

esfèric

còncau

Mirall

esfèric

convex

Els miralls (II)

Mirall esfèric còncau Mirall esfèric convex

Punt focal

o focus

Imatge I d’un objecte O

Punt focal

o focus

Imatge I d’un objecte O

f: distància focal (distància entre F i V).

Les lents

Una lent és un sistema òptic format per dues superfícies refringents (almenys una de

les quals és corba), és a dir, que refracten els raigs de llum que hi incideixen amb un eix

comú.

Lent

biconvexa

Lent

planoconvexa Lent

concavoconvexa Lent

planocòncava

Lent

bicòncava

Eix òptic, vèrtex i

trajectòria d’un raig

que es refracta

Lent biconvexa

Primer punt focal:

focus objecte Segon punt focal:

focus imatge Pla focal imatge

Imatge I d’un objecte O

f: distància focal.

P: potència de la lent.

Lent bicòncava

Segon punt focal:

focus imatge

Imatge I d’un objecte O

L’ull com a sistema òptic

L’ull enfoca la imatge d’un punt llunyà davant de la retina;

el defecte de la miopia es pot corregir amb una lent divergent

Miopia

Hipermetropia

L’ull enfoca la imatge d’un punt proper darrere de la retina;

el defecte de la hipermetropia es pot corregir amb una lent convergent